Úprava vody s využitím vodního skla
Článek se zabývá možností využití sodného vodního skla při odstraňování chromu a fosforu ze surové vody. K ověření účinnosti chemikálie byla provedena série laboratorních pokusů s cílem zjistit vhodné dávkování a pracovní postup k odstranění vybraného znečištění.
Vodní sklo je bezbarvá, průhledná, sklovitá látka komerčně dostupná ve formě prášku, či jako transparentní, viskózní vodný roztok. Z pohledu chemie se jedná o křemičitan sodný, křemičitan draselný nebo jejich kombinaci. Surovinami pro výrobu křemičitanů jsou křemenný písek (nebo jiné zdroje bohaté na oxid křemičitý), alkalické uhličitany, např. uhličitan sodný (Na2CO3) nebo potaš (K2CO3) a hydroxidy alkalických kovů (NaOH, KOH, LiOH aj.). Vlastnosti vodního skla mohou být využívány v mnoha různorodých aplikacích, neboť křemík z něj se rychle mění na biologicky aktivní kyselinu orthokřemičitou (rozpuštěný křemičitan). Významnými oblastmi použití vodního skla jsou v současnosti výroba pracích prostředků, výroba celulózy a papíru a stabilizace půdy.
V rámci experimentů probíhajících v laboratoři Ústavu vodního hospodářství obcí FAST VUT v Brně bylo využito vodního skla při odstraňování trojmocného chromu z modelové vody. Kromě toho bylo cílem zjistit i množství odstraněného fosforu. K odstranění znečišťujících látek z vody byla použita laboratorní metoda nazvaná sklenicová optimalizační zkouška, někdy též jar test, který pomáhá k nastavení základních parametrů na úpravnách vody.
Koncentrace chromu v modelové vodě byla nadávkována přibližně dvojnásobná oproti koncentraci specifikované ve vyhlášce č. 252/2004 Sb., kterou se v ČR stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody. Ta udává nejvyšší mezní hodnotu koncentrace chromu v pitné vodě 50 μg/l. Zvýšená koncentrace fosforu byla do modelové vody vpravena obdobně, jelikož však vyhláška č. 252/2004 Sb. hodnoty fosforu nestanovuje, byla využita hodnota z aktualizační poznámky k této vyhlášce z listopadu 2005 (1 až 2 mg/l). Přesné hodnoty nadávkovaných látek byly zjištěny v laboratoři společnosti ALS Czech Republic, s.r.o. Jako pomocným kritériem při stanovování vhodných dávek vodního skla pro redukci chromu a fosforu z modelové vody byla hodnota zákalu.
vzorek | surová voda | dávka | rychlé míchání | pomalé míchání | zákal à 60 min [ZF] | chrom à 60 min [mg/l] | fosfor à 60 min [mg/l] | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
pH [–] | zákal [ZF] | teplota [°C] | vodní sklo [ml] | rychlost [rpm] | doba [min] | rychlost [rpm] | doba [min] | ||||
1 | 7,85 | 2,32 | 27,5 | 0,030 | 150 | 2 | 40 | 20 | 1,84 | 0,0292 | 1,710 |
3 | 0,080 | 1,79 | 0,0338 | 1,730 | |||||||
5 | 0,130 | 1,80 | 0,0322 | 1,720 | |||||||
7 | 0,180 | 1,73 | 0,0216 | 1,690 | |||||||
9 | 0,230 | 0,45 | 0,0025 | 1,030 | |||||||
11 | 0,280 | 0,37 | 0,0026 | 0,759 | |||||||
13 | 0,330 | 0,33 | 0,0023 | 0,570 | |||||||
15 | 0,380 | 0,32 | 0,0018 | 0,112 | |||||||
17 | 0,500 | 0,32 | 0,0023 | 0,641 |
Pro získání potřebného množství dat bylo provedeno testování sedmnácti různých dávek sodného vodního skla. Dávky se pohybovaly v rozsahu od 0,030 ml do 0,500 ml vodního skla do 1 litru nachystané modelové vody. Před začátkem pokusů proběhla homogenizace obsahu v plastovém barelu. Homogenizace proběhla protřesením plastového barelu obsahujícího modelovou vodu po dobu přibližně 2 minut. Následovalo rychlé míchání s rychlostí 150 otáček za minutu po dobu 2 minut a pomalé míchání se 40 otáčkami za minutu po dobu 20 minut. Poté probíhala 60 minut sedimentace. Po skončení sedimentace byl změřen zákal a byly odebrány vzorky upravené vody pro stanovení trojmocného chromu a fosforu v akreditované laboratoři.
Provedené pokusy na modelové vodě prokázaly schopnost vodního skla odstranit znečišťující látky z vody. Při dávkách vodního skla vyšších jak 0,205 ml/l modelové vody byly zbytkové koncentrace trojmocného chromu o řád nižší než při dávkách vodního skla do 0,205 ml/l modelové vody. Zbytková koncentrace fosforu se zvyšujícími se dávkami vodního skla klesala od dávky 0,130 ml do dávky 0,355 ml vodního skla přibližně lineárně, nejnižší hodnota koncentrace fosforu (0,112 mg/l) pak byla naměřena při dávce vodního skla 0,380 ml/l modelové vody. Rovněž zákal je pomocí vodního skla velmi dobře odstranitelný, se zvyšujícími se dávkami vodního skla se zákal snižuje, od dávky vodního skla 0,305 ml/l modelové vody pak zůstává konstantní. Pro srovnání byl při odstraňování zákalu použit i tradičně používaný koagulant, a to tekutý síran hlinitý. Při jeho cenovém porovnání s vodním sklem vychází optimální dávka sodného vodního skla cenově levněji (tab. 2).
Obr. 3 Sklenicová zkouška – výsledek experimentu
sodné vodní sklo | tekutý síran hlinitý | |
---|---|---|
Cena bez DPH [Kč/kg] | 4,60 | 15,10 |
Hustota [kg/m3] | 1 420 | 1 310 |
Cena bez DPH [Kč/m3] | 6 532 | 19 781 |
Cena bez DPH [Kč/ml] | 0,007 | 0,020 |
Vhodná dávka [ml/l] | 0,255 | 0,105 |
Cena vhodné dávky bez DPH [Kč/l] | 0,002 | 0,002 |
Cena vhodné dávky bez DPH [Kč/m3] | 1,67 | 2,08 |
Poznámky k tab. 2:
- Vhodné dávky platí pouze pro použitou modelovou vodu.
- U tekutého síranu hlinitého jsou do ceny započteny i náklady na nevratné kanystry.
- Cena uvedená pro vodní sklo platí při velkém ročním odběru (v řádech tun)
Poděkování
Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu VUT v Brně s názvem „Odstraňování specifických látek ze zdrojů pitné vody“ (FAST-S-12-36/1713).
Použitá literatura
- [1] ZELENÝ, Zdeněk. Možnosti inovace procesu úpravy vody. Brno, 2014. 95 s., 8 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí práce Ing. Tomáš Kučera, Ph.D.
- [2] BAEHR a Werner KOEHL. International Journal for Applied Science: Soluble Silicates – Highly Versatile and Safe. Cefic – Centre Européen d'Etudes des Silicates [online]. 2007, roč. 2007, č. 4, s. 88–94 [cit. 2013-07-02]. Dostupné z: http://www.solublesilicates.eu/docs/BaehrandKoehl2007.pdf
- [3] VAN DOKKUM, HULSKOTTE, KRAMER a Joël WILMOT. Emission, Fate and Effects of Soluble Silicates (Waterglass) in the Aquatic Environment. Environmental Science & Technology [online]. 2004, roč. 2004, č. 38, s. 515–521 [cit. 2013-07-02]. Dostupné z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0264697
- [4] Water glass. In: The Columbia Electronic Encyclopedia [online]. Columbia University Press, 2012 [cit. 2013-07-02]. Dostupné z: http://www.infoplease.com/encyclopedia/science/water-glass.html
- [5] PIVOKONSKÝ, Martin. Úprava podzemních a povrchových vod: 2. přednáška. Praha, 2012. Dostupné z: http://www.pivokonsky.wz.cz/UV/uprava_vod_2.pdf. Přednáška. UK Praha.
The article deals with the possibility of using sodium water glass when removing chromium and phosphorus from raw water. To verify the effectiveness of chemical was carried out a series of laboratory experiments to determine the appropriate dosage and workflow to delete the selected pollution.